Дрожжи «женятся» в осах

В природе пекарские дрожжи предпочитают заниматься половым процессом в кишечнике впавших в зимнюю спячку ос.

Пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae – одни из самых изученных организмов на свете. Не говоря уже о том, что их используют в хлебопечении и пивоварении, S. cerevisiae стали, что называется, «рабочей лошадкой» молекулярной биологии – массу информации про молекулярно-клеточные процессы мы узнали именно из экспериментов с дрожжами. Но при всём при том, как ни странно, в их биологии до сих пор остаются белые пятна. Например, мало что известно о жизни дрожжей «на воле», вне лабораторий.

Один из самых интригующих вопросов тут относится к размножению. Обычно дрожжи размножаются бесполым способом, когда дочерняя клетка отпочковывается от материнской и получает в наследство полную копию генома родителя. Но, кроме того, время от времени дрожжи формируют споры, в которых геном уполовинен, то есть в них находится гаплоидный набор хромосом, и каждый ген представлен только одной копией. Такие споры могут сливаться с другими спорами, так что в результате генетический материал из разных «семей» – или, лучше сказать, штаммов – перемешивается, возникают новые комбинации генов, которые могут повысить выживаемость своих хозяев – тут у нас появляются все эволюционные преимущества полового процесса. Именно в этом и состоит биологический смысл всякого супружества – не только и не столько в как можно большем увеличении численности особей в популяции, сколько в перетасовке генетического материала, в «освежении крови».

Биологи довольно давно выяснили, что дикие дрожжи могут формировать споры и перемешивать геномы, что подтверждалось генетическим анализом. Однако застать дрожжей за половым процессом никак не удавалось, и даже не было понятно, где, в каких условиях это может происходить. Некоторое время назад обнаружилось, что в кишечнике европейских бумажных ос (Polistes dominula, которые знакомы всем и каждому – именно они слетаются на сладкое и делают характерные небольшие многопористые гнёзда под потолками, на чердаках и т.д.) можно найти как чистые штаммы дрожжей, так и гибридные клетки, появившиеся после слияния спор.

Очевидно, осы переносят дрожжи с места на место и тем самым играют важную роль в виноделии, но как живут дрожжи внутри ос? «Просто живут» или у них происходит там половое размножение? Чтобы выяснить это, Дуччо Кавальери (Duccio Cavalieri) и его коллеги из Флорентийского университета взяли несколько ос и поселили в них пять штаммов S. cerevisiae, а затем, спустя некоторое время, оценили количество дрожжей, появившихся в осах из-за перемешивания геномов от разных штаммов. Для сравнения использовали S. cerevisiae, которые росли в лабораторных условиях, благоприятствовавших половому процессу, и S. cerevisiae, которые росли на виноградном жмыхе.

Через два месяца число дрожжевых гибридов в кишечнике насекомых составляло треть от всей популяции грибка, а через четыре месяца таких было уже 90%. Даже в лабораторных условиях половое размножение у дрожжей не шло с такой интенсивностью. Иными словами, условия в осах были особенно благоприятны для «супружеских отношений», то есть для перетасовки геномов посредством спор.

 По мнению авторов, половой процесс у дрожжей начинается из-за перепада кислотности в разных отделах желудочно-кишечного тракта насекомых. Для дрожжевых клеток это стресс, но именно стресс и подталкивает их к формированию спор. Любопытно, что другие дрожжи, S. paradoxus, внутри ос попросту погибали, и выжить могли, только если им удавалось образовать гибрид с S. cerevisiae. Результаты исследований будут опубликованы в журнале PNAS.

Могут ли другие насекомые подталкивать дрожжевые грибки к половому размножению, и как в таких условиях ведут себя другие виды дрожжей, пока неизвестно. Также точно неизвестно, есть ли какая-то польза самим осам. Тут следует заметить, что дрожжей находят в тех осах, которые впали в зимний анабиоз, так что, наверно, грибки как-то помогают своим «квартирным хозяевам» пережить спячку.

По материалам The Scientist.